der Maßnahmen nach Dü ngeverordnung
Schriftenreihe der LLG, Heft 3/2019
– Das Beste aber ist das Wasser
Sitz der Gesellschaft Telekommunikation Geschäftsführer Amtsgericht GLS-Bank
Bestimmung der Zustromgebiete von Grund- wassermessstellen als eine Grundlage für
das Wirkungsmonitoring der Maßnahmen nach Düngeverordnung.
Auftraggeber: Landesanstalt für Landwirtschaft und Gartenbau (LLG) Sachsen-Anhalt, Dezernat 25
Strenzfelder Allee 22 06406 Bernburg
Auftragnehmer: HYDOR Consult GmbH Am Borsigturm 40 13507 Berlin
Bearbeitung: M. Sc. Claudia Köpp
Dipl. Geol. Elzbieta Rejman-Rasinska Dipl. Geol. Dr. rer. nat. Stephan Hannappel
Dr. S. Hannappel
Geschäftsführer HYDOR Consult GmbH
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis ... 2
1. Veranlassung und Zielsetzung ... 3
2. Grundlagen der Bearbeitung ... 4
3. Methodik der durchgeführten Arbeiten ... 7
3.1 Methodisches Vorgehen... 7
4. Ergebnisse der Bearbeitung ... 8
4.1 Übersichtsdarstellungen zu allen bearbeiteten Zustromgebieten ... 8
4.2 Exemplarische Dokumentation und Beschreibung von Zustromgebieten ... 11
4.3 Grundwasserkörperbezogener Vergleich der messstellenbezogenen ausgewiesenen Zustromgebiete mit Berechnungsdaten zur flächenhaften Nitratbelastung ... 16
4.4 Resumé ... 17
5. Literaturverzeichnis ... 18
Anhang 1: Flächenhafte Ausweisung der Zustromgebiete zu den Landesgrundwassermessstellen des LHW mit Nitratgehalten > 37,5 mg/l im langjährigen Durchschnitt Digital übergebene Dokumente als Beilagen zum Bericht: Beilage1: Schichtenverzeichnisse und Ausbauzeichnungen zu den Landesgrundwassermessstel- len mit Nitratgehalten > 37,5 mg/l im langjährigen Durchschnitt (gesondert digital) Beilage2: GIS-Daten (shapes) der ausgewiesenen Zustromgebiete Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Landesweite Übersichtskarte zur regionalen Verteilung der bearbeiteten Grundwassermessstellen des LHW in der Kulisse der Grundwasserkörper nach der chemischen Zustandsbewertung 2013 .... 4
Abb. 2: Anzahl der Grundwassermessstellen und Quellen des LHW pro Konzentrationsklasse ... 5
Abb. 3: Gegenüberstellung der messstellenbezogenen Konzentrationsklassen und der Lage der Messstellen in den bewerteten Grundwasserkörpern... 5
Abb. 4: Anzahl der bearbeiteten Grundwassermessstellen pro Konzentrationsklasse und Messnetzart... 6
Abb. 5: Tiefenlage des Filterausbaus und Nitratgehalte bei den 116 Grundwassermessstellen ... 8
Abb. 6: Verteilung der 116 Messstellen pro Sickerwasserverweilzeit-Klasse ... 8
Abb. 7: Verteilung der 142 verwendeten Durchlässigkeitsbeiwerte (kf) zur Berechnung der Zustromgebiete . 9 Abb. 8: Übersicht zu den Gesamtfließzeiten pro Zustromgebiet als Summe der Verweilzeit in der ungesättigten Zone und der Fließzeit im Grundwasser ...10
Abb. 9: Übersicht zu den Flächengrößen aller ausgewiesenen Zustromgebiete ...10
Abb. 10: Darstellung des für die LHW-Messstelle Hassel ausgewiesenen Zustromgebietes mit lithologisch homogener Ausprägung der ungesättigten Zone im Lockergestein ...11
Abb. 11: Darstellung des für die LHW-Messstelle Cheine ausgewiesenen Zustromgebietes mit lithologisch inhomogener Ausprägung der ungesättigten Zone im Lockergestein ...13
Abb. 12: Darstellung des für die LHW-Messstelle Brumby ausgewiesenen Zustromgebietes mit lithologisch inhomogener Ausprägung der ungesättigten Zone im Locker- und Festgestein ...14
Abb. 13: Darstellung des für die LHW-Messstelle Knapendorf ausgewiesenen Zustromgebietes mit lithologisch homogener Ausprägung der ungesättigten Zone im Festgestein ...15
Abb. 14: Kartografischer Vergleich der im GWK SAL 014 ausgewiesenen Zustromgebiete mit den dort berechneten Gebieten mit einer Nitratbelastung > 50 g/L ...16
1. Veranlassung und Zielsetzung
Mit der Düngeverordnung (DüV, 2017) wird in § 13 den Bundesländern die Befugnis übertragen, in mit Nitrat belasteten Gebieten zusätzliche Anforderungen bei der Düngung mittels Rechtsverord- nung festzulegen.
Soweit auf Grund der DüV Anordnungen gem. §13 getroffen werden, ist dabei besonders zu berück- sichtigen, dass die Fruchtbarkeit des Bodens, die Gesundheit von Menschen und Tieren sowie der Naturhaushalt, insbesondere die Gewässerqualität, nicht gefährdet werden und andere öffentlich- rechtliche Vorschriften nicht entgegenstehen.
Die Umsetzung des §13 DüV mit einer Landesverordnung ist aktuell (Stand: Dezember 2018) bis 30.06.2019 vorgesehen.
Im Vorgriff auf die Ergebnisse des sich in der Durchführung befindlichen Pilotprojektes zur Entwick- lung einer geeigneten Methodik zur Binnendifferenzierung für die landesweite Bestimmung der mit Nitrat belasteten Gebiete (HYDOR 2018a) wurden die Zustromgebiete aller relevanten Grundwas- sermessstellen landesweit bestimmt.
Nach den Vorgaben der Leistungsbeschreibung wurden die Zustromgebiete der für die Zustands- bestimmung heranzuziehenden Grundwassermessstellen des Landesmessnetzes des Landesbe- triebes für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft (LHW) gem. §9 GrwV auf Basis der vom LHW für den Bezugszeitraum 2012 bis 2017 zu allen Landesmessstellen übermittelten Nitratkonzentrati- onen wie folgt ausgewiesen:
1. Grundwassermessstellen mit einer mittleren Nitratbelastung >50 mg/l der Grundwasserkör- per im schlechten chemischen Zustand nach § 7 der GrwV;
2. Grundwassermessstellen mit einer mittleren Nitratbelastung ≥ 37,5 mg/l von Grundwasser- körpern und mit steigendem Trend von Nitrat nach § 10 der GrwV;
3. Grundwassermessstellen mit einer mittleren Nitratbelastung >50 mg/l in Grundwasserkör- pern im guten chemischen Zustand;
Insgesamt wurden nach dieser Definition flächenhafte Zustromgebiete zu 116 somit als „relevant“
bewerteten Grundwassermessstellen ausgewiesen. Ein Teil davon (13) wurde im parallel im Auftrag der LLG bearbeiteten Projekt zum „SAL GW 014“ (HYDOR 2018b) bearbeitet und in die vorliegende Dokumentation integriert. Die ausgewiesenen Zustromgebiete berücksichtigen das dynamische Fließverhalten des Grundwassers und wurden bis zur Grundwasserscheide modelliert.
Nicht bearbeitet wurden Quellen, die Teil des Landesmessnetzes des LHW sind und den o. g. Defi- nitionen entsprechen, da zu diesen im Auftrag des LHW in den vergangenen Jahren bereits die Zustromgebiete flächenhaft ausgewiesen worden waren (FUGRO 2016, G.U.T. 2014). Es handelt sich hierbei um insgesamt 14 Quellen. Die Arbeiten wurden auf Basis der Leistungsbeschreibung des AG vom 15.10.2018 und des Angebotes der HYDOR Consult vom 16.10.2018 durchgeführt.
2. Grundlagen der Bearbeitung
Die Übersichtskarte in Abb. 1 dokumentiert die Lage aller 543 Grundwassermessstellen des LHW:
Abb. 1: Landesweite Übersichtskarte zur regionalen Verteilung der bearbeiteten Grundwassermessstellen des LHW in der Kulisse der Grundwasserkörper nach der chemischen Zustandsbewertung 2013
Die Karte enthält auch die Grenzen der Grundwasserkörper inkl. der Zustandsbewertung 2013.
Deutlich erkennbar ist die relative Häufung der Messstellen mit einem mittleren Nitratgehalt > 50 mg/l in den (mit Bezug auf Nitrat) als „schlecht“ bewerteten Grundwasserkörpern in der Mitte und im Süden des Landes. Hier stehen oft Festgesteine an, in denen das Grundwasser primär in Klüften zirkuliert. Aber auch im Norden treten in Gebieten mit ausschließlicher Lockergesteinsverbreitung hohe Nitratwerte auf. Diskrepanzen zwischen der Grundwasserkörper-(GWK)-Bewertung und den Messstellen können auf die unterschiedlichen Zeiträume (GWK: 2013 mit Daten von 2006 bis 2012 und Messstellen 2012 bis 2017) der Bewertung hindeuten.
Abb. 2 dokumentiert die Anzahl der insgesamt bearbeiteten Grundwassermessstellen (inkl. der 14 Quellen) pro Konzentrationsklasse in grafischer Form, Abb. 3 differenziert nach der Lage der Mess- stellen in den bewerteten Grundwasserkörpern:
Abb. 2: Anzahl der Grundwassermessstellen und Quellen des LHW pro Konzentrationsklasse
Abb. 3: Gegenüberstellung der messstellenbezogenen Konzentrationsklassen und der Lage der Messstellen in den bewerteten Grundwasserkörpern
387 der 543 Messstellen und Quellen haben einen Mittelwert bei Nitrat von weniger als 37,5 mg/l, 130 dagegen entweder einen steigenden Trend (6) oder einen Mittelwert oberhalb von 50 mg/l, an- nähernd genauso viele davon in als „gut“ bewerteten GWK (s. Abb. 3).
Abb. 4 dokumentiert die Anzahl der bearbeiteten Grundwassermessstellen pro Konzentrations- klasse und Messnetzart in einer relativen (auf 100 % bezogenen) Darstellungsform. Erkennbar ist, dass bei den sog. „Ermittlungs“- und „Milieu“-Messstellen der nitratbelastete Anteil im Vergleich zu den Messstellen des Landesmessnetzes deutlich hoher liegt.
Abb. 4: Anzahl der bearbeiteten Grundwassermessstellen pro Konzentrationsklasse und Messnetzart
Zu allen bearbeiteten Grundwassermessstellen wurden seitens des LHW die geologischen Schich- tenverzeichnisse und Ausbaupläne in digitaler Form übergeben, da sie wichtige Informationen zur flächenhaften Ausweisung der Zustromgebiete beinhalten. Die Beilage 1 (gesondert digital überge- ben) bündelt diese wichtigen Informationen im PDF-Format.
Zusätzlich zu den Dokumenten der Bohrungen des Landesmessnetzes wurden aus der (digital im Netz verfügbaren) Landesbohrdatenbank Sachsen-Anhalt des LAGB im weiteren Umkreis der Messsstellen relevante Bohrdaten und Schichtenverzeichnisse abgegriffen. Damit konnte die flä- chenhafte Verbreitung hydrostratigraphischer Einheiten kontrolliert und mögliche Wechsel darge- stellt werden, aus denen sich die Fließzeiten im Grundwasser ergeben.
Schließlich wurden Informationen zu den Fließverhältnissen des Grundwassers aus dem landeswei- ten Grundwassergleichenplan verwendet. Damit können die Anstromrichtung auf eine Messstelle und das Gefälle, welches die Fließgeschwindigkeit mit beeinflusst, bestimmt werden. Diese können saisonal und witterungsbedingt, insbesondere bei geringen Potentialunterschieden der Grundwas- seroberfläche, variieren. Für die Erstellung des vom LHW digital zur Verfügung gestellten Grund- wassergleichenplanes wurden langjährige Mittelwerte der Grundwasserstände verwendet.
Die Daten (FUGRO 2016) lagen zum einen als Raster im Bezugssystem DHDN 3° Gauss-Krüger Zone 4 und zum anderen als Linienshape im Bezugssystem UTM Zone 32 N vor. Für die Berech- nung und Visualisierung von Stromlinien und Isochronen zur Beschreibung der Grundwasserdyna- mik in Anwendungsprogrammen wurde der Rasterdatensatz verwendet.
3. Methodik der durchgeführten Arbeiten 3.1 Methodisches Vorgehen
Für die Ausweisung der Zustromgebiete (s. Anhang 1 als Karten und Beilage 2 als shape-Daten) zu den Grundwassermessstellen des LHW auf Basis der Schichtenverzeichnisse und Ausbauzeichnun- gen (s. Beilage 1) wurde analog zum Vorgehen im Pilotprojekt des SAL GW 014 (HYDOR 2018b) folgende Methode verwendet (zu weiteren Details s. Beschreibung in HYDOR 2018b, dort Kap. 4.2):
die Stromlinien werden mit Hilfe des numerischen Modellierungsprogramms GCISTROMER (GCI 2008) von der Messstelle zurück zur Quelle erstellt. Dieses aus Stromlinien basierende Verfahren ist äquivalent zum Vorgehen bei der Ausweisung von Trinkwasserschutzgebieten;
mithilfe des Programms Surfer (Golden Software 2010) wurden die Grid-daten der Grund- wasseroberfläche jeweils auf den zu bearbeitenden Ausschnitt innerhalb der Landesfläche selektiert;
• der Öffnungswinkel und die Breite der Zustromgebiete um die erstellte Stromlinie herum wird manuell angepasst, um aus dem Gleichenplan resultierende Unsicherheiten optimal zu be- rücksichtigen; hierdurch wird eine größere Sicherheit im Vergleich zu einer starren Variante (z. B. mit 45 °-Öffnungswinkel) erreicht;
• zur Ermittlung der Sickerwasserverweilzeit und der Grundwasserfließzeit werden aus den Bohrprofilen abgeleitete Daten zu Flurabständen, zur Feldkapazität, zur Durchlässigkeit und zur Porosität (Voigt 1987, Kunkel & Wendland 1999, Hölting & Coldewey 2009, Reutter 2011, Appel & Habler 2002 ) verwendet;
• die Sickerwasser- und Grundwasserneubildungsrate (BAH 2015) wird flächengewichtet für das Zustromgebiet der Messstelle gemittelt (Ausnahme: negative Werte);
• für die Berechnung der Sickerwasserverweilzeit wird die ungesättigte Zone unterteilt in eine Bodenzone (obere 2 m) und die Grundwasserdeckschichten (getrennt nach Lockersedimen- ten und Festgestein). Für die Berechnung der Sickerwasserverweilzeiten wird in den oberen zwei Metern des Bodenhorizonts die Sickerwasserrate, für die restlichen Meter bis zum Er- reichen der Grundwasseroberfläche die Neubildungsrate genutzt.;
• für die flächenhafte Verbreitung der Durchlässigkeit der gesättigten Zone werden die kf- Werte und Porositäten aus den Bohrdaten des LAGB in der Umgebung der Messstellen be- rücksichtigt, dies kann zu einer Anpassung der Grundwasserfließgeschwindigkeit führen;
• die gesamten Reichweiten der Zustromgebiete beinhalten neben der Fließzeit im Grundwas- ser auch die Verweilzeit in der ungesättigten Zone der Lockergesteine am Ort der Messstelle;
• im Bereich von Grundwasserscheiden enden die Stromlinien bzw. Zustromgebiete.
• Bei tiefen Ausbauten der Filter unter der Grundwasseroberfläche (> 2 Meter bezogen auf die Filtermitte) wurde aufgrund einer Überströmung des Filters das Zustromgebiet nicht direkt vom Standort der Messstelle, sondern entsprechend oberstromig versetzt ausgewiesen.
Zur Berechnung der Gesamtfließzeiten ist die Durchströmung von Schichten mit unterschiedlicher Durchlässigkeit zu berücksichtigen. Sie beinhalten sowohl die Fließzeit des Grundwassers als auch die des Sickerwassers in den überlagernden Lockergesteinseinheiten.
4. Ergebnisse der Bearbeitung
4.1 Übersichtsdarstellungen zu allen bearbeiteten Zustromgebieten
Die folgenden Grafiken dokumentieren exemplarisch zu einigen relevanten Grundlagenparametern wie Tiefenlage des Filterausbaus (s. Abb. 5) und der darauf basierenden Berechnung der Sicker- wasserverweilzeit (s. Abb. 6) die jeweilige Verteilung im Datensatz der 116 Messstellen.
Abb. 5: Tiefenlage des Filterausbaus und Nitratgehalte bei den 116 Grundwassermessstellen
Abb. 6: Verteilung der 116 Messstellen pro Sickerwasserverweilzeit-Klasse
Bei sehr vielen Messstellen befindet sich die Filteroberkante sehr nahe (< 2 Meter) unterhalb der Grundwasseroberfläche (Anm.: verwendet wurden hier primär die digital vorliegenden Daten des LHW zu den landesweit repräsentativen Grundwassergleichen und nur nachgeordnet die oftmals alten Daten aus den Originalen der Schichtenverzeichnisse und Ausbaudokumente). Bei nur sehr
wenigen Messstellen (n=12) liegt die Filteroberkante mehr als 10 Meter unter der Grundwasserober- fläche. Aufgrund der bekannten Variabilität des Nitratgehaltes drückt dies die Selektion der Mess- stellen mit ausschließlich hohen Nitratgehalten sehr gut aus – bei tiefer bei ausgebauten Messstellen sinken die Nitratgehalte oftmals rasch (HYDOR 2017, Hannappel et al. 2018).
Die in Abb. 6 dokumentierten Sickerwasserverweilzeiten, die standortbezogen für die 116 Grund- wassermessstellen ermittelt wurden, zeigen bei einigen Messstellen kurze Zeiten von wenigen Jah- ren (< fünf bzw. < zehn Jahre) an, häufiger jedoch höhere Werte (10 bis 25 Jahre), die typischer- weise durch bindige Deckschichten oder niedrige Grundwasserneubildungsraten verursacht wer- den. Bei 17 Messstellen sind diese im Datensatz von BAH (2015) mit negativen Werten angegeben (Grundwasserzehrgebiete). An diesen Standorten findet also – im langjährigen Durchschnitt – keine Neubildung des Grundwassers statt und es wurden keine Verweilzeiten berechnet.
Abb. 7 zeigt die Verteilung der aus den Schichtenverzeichnissen der LHW-Messstellen und LAGB- Bohrungen in den Zustromgebieten insgesamt 142 abgeleiteten Durchlässigkeitsbeiwerte (kf in m/sec) im Locker- und Festgestein, Abb. 8 die berechneten Gesamtfließzeiten (Summe Verweilzeit in der ungesättigten Zone plus Fließzeit im Grundwasser) und Abb. 9 die resultierenden Flächen- größen aller Zustromgebiete.
Abb. 7: Verteilung der 142 verwendeten Durchlässigkeitsbeiwerte (kf) zur Berechnung der Zustromgebiete
Es dominieren eindeutig Fein- und Mittelsande (Klasse 10-4 bis 10-3 m/sec), also gut durchlässige Lockersedimente der ausgebauten Grundwasserleiter. Niedrigere (schluffige Feinsande) bzw. hö- here (Grobsande und Kiese) sind jedoch auf maßgeblich vertreten, auch das sind üblicherweise Sedimente, in denen Grundwassermessstellen verfiltert werden. Werte von < 10-5 m/sec repräsen- tieren zumeist wenig ergiebige Festgesteinsgrundwasserleiter (z. B. Schluffsteine), in denen die Grundwasserführung zumeist primär in Klüften mit raschen Fließbewegungen stattfindet. Sofern die Schichtenverzeichnisse diese Informationen hergeben, konnte dies berücksichtigt werden.
Bei den Gesamtfließzeiten des unterirdischen Wassers von der Versickerung in den Boden bis zum Erreichen der Grundwassermessstelle zeigt sich eine starke Aufspreizung der berechneten Werte.
Abb. 8: Übersicht zu den Gesamtfließzeiten pro Zustromgebiet als Summe der Verweilzeit in der ungesättig- ten Zone und der Fließzeit im Grundwasser
Ohne die sieben Messstellen mit mehr als 5.000 berechneten Fließzeitjahren und einem Filteraus- bau in oder unter bindigen Deckschichten mit sehr niedrigen Durchlässigkeitsbeiwerten ergibt sich ein Mittelwert für die dann 100 ausgewerteten Messstellen von 495 Jahren. Das drückt ganz über- wiegend sehr lange Zeiträume aus, in denen das an den Messstellen entnommene Grundwasser Beeinflussungen unterliegt. Bei 21 Messstellen jedoch betragen die gesamten Fließzeiten maximal 50 Jahre, der sich ergebende Mittelwert beträgt hier 29 Jahre mit entsprechend kürzeren Reaktions- zeiten der analysierten Proben auf anthropogene Einflüsse.
Bei 89 Messstellen erfolgte die Berechnung der Gesamtfließzeit aus Sickerwasserverweil- und Grundwasserfließzeit, bei weiteren 22 (wegen negativer Neubildungsraten oder fehlender Schich- tenverzeichnisse) nur durch letztere. Bei fünf Messstellen war keine Berechnung möglich.
Die ausgewiesenen Zustromgebiete sind im Durchschnitt 308 km² groß, Abb. 9 zeigt die entspre- chende Klasseaufteilung. Sehr kleine Gebiete (< 10 km²) liegen oft im Bereich von Grundwasser- scheiden, sehr große (> 1.000 km²) entsprechend am unteren Ende des hydrologischen Transport- weges in Niederungsbereichen nahe der oberirdischen Vorfluter.
Abb. 9: Übersicht zu den Flächengrößen aller ausgewiesenen Zustromgebiete
4.2 Exemplarische Dokumentation und Beschreibung von Zustromgebieten
Die folgenden vier Karten zeigen vier Beispiele ausgewiesener Zustromgebiete. Alle bearbeiteten Gebiete sind kartografisch in Anhang 1 und in der Beilage 2 digital als GIS-Daten enthalten.
Abb. 10: Darstellung des für die LHW-Messstelle Hassel (mit Überströmung) ausgewiesenen Zustromgebie- tes mit lithologisch homogener Ausprägung der ungesättigten Zone im Lockergestein
Zu beachten ist bei den Karten in Anhang 1, dass an einigen Standorten die Verweilzeit des Sicker- wassers in der ungesättigten Zone nicht berechnet werden konnte, da die Daten zur Grundwasser- neubildung (BAH 2015) als negative Werte ausgewiesen worden waren. Das ist in der Legende jeweils gesondert markiert.
Die Sickerwasserverweilzeit wurde ausschließlich anhand der abgeleiteten Daten am Standort der Messstelle selber, also dem Flurabstand, der summarischen Feldkapazität in der ungesättigten Zone und der Grundwasserneubildungsrate nach DIN 19732 ermittelt.
Die LHW-Messstelle in Hassel ist in acht Meter Tiefe in groben Lockersedimenten (Grobsande und Kiese) verfiltert. Die 23 zur Überprüfung dieser Informationen analysierten Bohrungen aus der Da- tenbank des LAGB zeigen dazu im Zustromgebiet lithologisch homogene Lagerungsverhältnisse an.
Das an der Verteilung der Grundwassergleichen erkennbar hydraulische Gefälle ist ebenfalls deut- lich ausgeprägt. Im Ergebnis ergibt sich daher eine relativ rasche Grundwasserströmung und eine Gesamtfließzeit von der Einzugsgebietsgrenze bis zur Messstelle von nur acht Jahren, fast aus- schließlich in der gesättigten Zone.
Die Messstelle Cheine-Güte (s. Abb. 11) ist von 14 bis 16 Meter Teufe in Feinsanden und Mittelsan- den ausgebaut. Die 13 analysierten Bohrungen des LAGB zeigen an, dass in Richtung des Zustro- mes zur Messstelle ein Wechsel in gröbere Sedimente (Grobsanden) stattfindet. Dies wurde durch einen Wechsel der verwendeten Durchlässigkeitsbeiwerte berücksichtigt. Im Ergebnis ergibt sich – auch aufgrund des deutlich niedrigeren hydraulischen Gefälles im Vergleich zur Messstelle Hassel – eine erkennbar längere Fließzeit von 316 Jahren.
Die Karte in Abb. 12 zeigt das Ergebnis der Ausweisung für den Standort Brumby. Hier ist die Mess- stelle in drei bis fünf Meter auch in gut durchlässigen Lockersedimenten (Mittel- und Grobsande) verfiltert. Im Zustrom ist anhand der acht analysierten Bohrungen aus der Datenbank des LAGB jedoch erkennbar, dass ein lithologisch und geohydraulisch markanter Wechsel zu einem Festge- stein (Schluffstein) im Zustromgebiet mit einem signifikant niedrigeren Durchlässigkeitsbeiwerte stattfindet. Zudem ist der hydraulische Gradient im Bereich der Grundwasserscheide nur noch äu- ßerst gering, wodurch sich die sehr lange Gesamtfließzeit bis zur Messstelle ergibt, obwohl das Zustromgebiet selber nicht eine entsprechende Ausdehnung hat.
In Knapendorf-Bündorf (s. Abb. 13) ist die Messstelle des LHW ebenfalls in einem Festgestein, hier einem Feinsandstein ausgebaut. Ein Wechsel der Lithologie konnte im Zustromgebiet nicht festge- stellt werden. Der hydraulische Gradient zeigt mittlere Verhältnisse an, so dass die berechnete Ge- samtfließzeit im Vergleich zu Brumby entsprechend deutlich geringer ausgeprägt ist
Abb. 11: Darstellung des für die LHW-Messstelle Cheine ausgewiesenen Zustromgebietes mit lithologisch inhomogener Ausprägung der ungesättigten Zone im Lockergestein
Abb. 12: Darstellung des für die LHW-Messstelle Brumby ausgewiesenen Zustromgebietes mit lithologisch inhomogener Ausprägung der ungesättigten Zone im Locker- und Festgestein
Abb. 13: Darstellung des für die LHW-Messstelle Knapendorf ausgewiesenen Zustromgebietes mit litholo- gisch homogener Ausprägung der ungesättigten Zone im Festgestein
4.3 Grundwasserkörperbezogener Vergleich der messstellenbezogenen ausgewiesenen Zustromgebiete mit Berechnungsdaten zur flächenhaften Nitratbelastung
Am Beispiel des Grundwasserkörpers SAL GW 014 sei exemplarisch auf den Größenvergleich der ausgewiesenen Zustromgebiete mit den geostatistisch ermittelten Belastungsgebieten von Nitrat mit einer Konzentration > 50 mg/l (HYDOR 2018a) hingewiesen Abb. 14 dokumentiert den
Abb. 14: Kartografischer Vergleich der im GWK SAL 014 ausgewiesenen Zustromgebiete mit den dort be- rechneten Gebieten mit einer Nitratbelastung > 50 g/L (HYDOR 2018a)
Zusammenhang als Übersichtskarte und Tabelle 1 die daraus resultierenden Größenverhältnisse tabellarisch:
Tabelle 1: Vergleich der Flächengrößen im GWK SAL 014 ausgewiesenen Zustromgebiete mit den dort be- rechneten Gebieten mit einer Nitratbelastung > 50 g/L (nach HYDOR 2018a)
(Teil-)fläche Größe [km²] Anteil
SAL GW 014 1.236 100 %
<=50 mg/l 1.089 88 %
>50 mg/l 148 12 %
Zustromgebiete 51 4 %
Der Grundwasserkörper SAL GW 014 im Süden von Sachsen-Anhalt ist insgesamt 1.236 km² groß.
Im Ergebnis der geostatistischen Regionalisierung der punktuell an den Grundwassermessstellen des LHW gemessenen Nitratkonzentrationen im Grundwasser in eine flächenhafte Übersicht (HY- DOR 2018b) zeigte sich, dass 88 % der Fläche (1.089 km²) nicht mit Nitrat belastet sind. Die übrigen 12 % der Fläche des Grundwasserkörpers (148 km²) sind in der Karte mit einer roten Schraffur dargestellt (Anm.: die Schraffuren erstrecken sich außerhalb der Grenzen des Grundwasserkörpers, da die Regionalisierung landesweit durchgeführt worden war).
Zu den 13 der insgesamt 47 Grundwassermessstellen (zwei davon sind Quellen) innerhalb des Grundwasserkörpers mit (durchschnittlich in den Jahren 2012 bis 2017) gemessenen Nitratgehalten
> 37,5 mg/l und gleichzeitig steigenden Trends umfassen die Zustromgebiete dagegen summarisch eine Flächengröße von nur etwa 51 km², also etwa ein Drittel der geostatistisch ermittelten Belas- tungsgebiete.
4.4 Resumé
Innerhalb der Flächenkulisse der ausgewiesenen Zustromgebiete kann aufgrund der genutzten geo- hydraulischen Parameter sowie der angewandten Methode der numerischen Grundwasserströ- mungsmodellierung mit einer ungleich höheren Wahrscheinlichkeit im Vergleich zu den geostatis- tisch berechneten Flächen davon ausgegangen werden, dass Maßnahmen des Grundwasserschut- zes sich – mit entsprechender Zeitverzögerung aufgrund der Gesamtfließzeiten – im Grundwasser, das an der Messstelle gewonnen wird, bemerkbar machen.
Je nach Lage der Maßnahme im Zustromgebiet bzw. Entfernung zur Messstelle wird die Verbesse- rung des Grundwasserzustandes rascher oder später eintreten. Dafür sind die in den jeweiligen Übersichtskarten im Anhang 1 markierten Fließzeiten eine erste Orientierungshilfe.
Es wird empfohlen, die ausgewiesenen Zustromgebiete für eine Binnendifferenzierung der Grund- wasserkörper im schlechten Zustand nach § 13 der DüV (2017) zu verwenden. Ergänzend können sie auch als Monitoring-Gebiete zur Bewertung des Erfolges von landwirtschaftsbezogenen Grund- wasserschutzmaßnahmen i. S. eines Wirkungsmonitorings zukünftig gehandhabt werden.
5. Literaturverzeichnis
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Schriftenreihe der LLG, Heft 3/2019
Herausgeber: Landesanstalt für Landwirtschaft und Gartenbau Sachsen-Anhalt Strenzfelder Allee 22
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ISSN:
Dr. Matthias Schrödter
Landesanstalt für Landwirtschaft und Gartenbau Sachsen-Anhalt Strenzfelder Allee 22
06406 Bernburg HYDOR
2511-5855
September 2019
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